Медиаторы нервной системы

Основные медиаторы нервной системы - ацетилхолин и норадреналин, хотя существуют и другие. Нейроны, высвобождающие ацетилхолин, называют холинэргическими, а норадреналин - адренэргическими. Поступление нервного импульса в синаптическую бляшку вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны и повышение ее проницаемости для ионов Ca²⁺. Входящие в синаптическую бляшку ионы Ca²⁺ вызывают слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выход содержимого из клетки в синаптическую щель. Каждый пузырек содержит около 3000 молекул ацетилхолина. Молекулы ацетилхолина связываются с находящимися на постсинаптической мембране рецепторами, способными узнавать молекулярную структуру ацетилхолина. При связывании молекулы рецептора с медиатором ее конфигурация меняется, что приводит к открытию ионных каналов и поступлению ионов, вызывающих деполяризацию мембраны. Молекулы медиатора, вызвавшие изменение проницаемости постсинаптической мембраны, сразу же удаляются из синаптической щели либо путем диффузии, либо в результате гидролиза ферментом ацетилхолинэстеразой. В результате гидролиза образуются ацетон, уксусная кислота и спирт, холин, который обратно всасывается в синаптическую бляшку, где вновь превращается в ацетилхолин.

Таким образом, передача нервных импульсов химическим путем с участием медиаторов имеет важную особенность, которая заключается в том, что передача нервных сигналов идет в одном направлении: от пресинаптической до постсинаптической мембраны, что обеспечивает надежность работы нервной системы.

Нервная система человека состоит примерно из 10 млрд. нейронов; они делятся на 2 основные категории: нейроны, принадлежащие к ЦНС, которые образуют головной и спинной мозг, и нейроны периферической нервной системы, образующие черепномозговые и спинномозговые нервы, которые связывают мозг со всеми рецепторами разных эффекторов (эффектор - это дифференцированная структура, клетка, ткань, орган, которая осуществляет специфическую реакцию в ответ на стимулы, поступающие из нервной системы).

Функция спинного мозга заключается в том, что он служит координирующим центром простых спинальных рефлексов, а также осуществляет связь между спинальными нервами и головным мозгом.

Классификация пестицидов и механизм действия фосфорорганических соединений

Ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве, принадлежат к различным классам химических соединений. Все они объединены под общим названием “пестициды”. Пестициды - это химические вещества, применяемые с целью сокращения ущерба, наносимого сельскохозяйственным культурам различными вредителями, болезнями, сорняками. Существует мнение, что без применения пестицидов с целью защиты сельскохозяйственных культур мировой урожай составлял бы лишь 70% получаемого в настоящее время.

Вместе с тем широкое использование пестицидов приводит к загрязнению внешней среды, в том числе источников водоснабжения, почвы и, как следствие к гибели многих представителей гидрофлоры и гидрофауны. Попадая в пищевые цепи, пестициды неизбежно попадают в организм человека. Пестициды относятся к химическим соединениям, трудно поддающимся биоразложению. Многие из этих чрезвычайно токсичных веществ, помимо высокой стойкости обладают выраженными кумулятивными свойствами, что создает условия для развития острых и хронических отравлений. Помимо этого, пестициды обладают выраженным мутагенным, тератогенным и канцерогенным действиями.

В последние десятилетия совершается переход от очень опасных и устойчивых хлорорганических пестицидов к фосфорорганическим пестицидам (ФОС).

Существует несколько подходов к классификации ядохимикатов группы пестицидов.

Химическая классификация. Согласно ей, ядохимикаты подразделяют на группы по их химическому составу (органические соединения фосфора, производные мочевины, органические соединения ртути и т.д.).

Классификация ядохимикатов в зависимости от их назначения. Различают:

акарициды (применяются для уничтожения клещей);

альгициды (применяются для уничтожения водорослей и другой водной растительности);

антисептики (применяются для предохранения неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами);

арборициды (применяются для уничтожения кустарников);

бактерициды (применяются для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями);

гербициды ( применяются для уничтожения сорняков);

инсектициды (применяются для уничтожения насекомых);

фунгициды (применяютя для борьбы с болезнями растений).

К числу ядохимикатов относятся также дефолианты (применяются для удаления листьев) и десиканты (применяются для подсушивания растений перед уборкой).

Классификация ядохимикатов в зависимости от путей поступления в организм насекомых. В зависимости от путей проникновения инсектициды делятся на:

а) контактные (проявляют действие после соприкосновения с любой частью тела);

б) кишечные (через органы пищеварения попадают в кишки);

в) системные (попадают в насекомое через поедаемые им растения);

г) фумиганты (поступают через дыхательные пути).

Фосфорсодержащие соединения (ФОС) являются одним из наиболее важных классов ядохимикатов, применяемых в сельском хозяйстве. В настоящее время используется свыше 100 представителей этого класса соединений.

Общая химическая структура этих веществ следующая:

О

R₁ - O - P - X,

R₂

где Р - атом фосфора, R₁ и R₂ - органические радикалы, а Х - или галоид (Cl, F), или CN-группа.

По химическому строению ФОС можно разделить на следующие группы:

1. производные фосфорной кислоты;

2. производные тиофосфорной кислоты;

3. производные дитиофосфорной кислоты;

4. производные пирофосфорной кислоты;

5. производные фосфоновых кислот.

Применяемые в сельском хозяйстве ФОС представляют собой либо твердые кристаллические вещества, либо прозрачные или желтовато-коричневые маслянистые жидкости. Многие из них имеют специфический неприятный запах.

Большинство ФОС - тяжелее воды. Многие из ФОС хорошо растворимы в органических растворителях (ксилоле, толуоле, ацетоне и т.д.) и некоторые растворимы в воде.

Будучи малолетучими и хорошо растворимыми в липидах жидкостями, ФОС хорошо проникают во внутренние среды организма через неповрежденную кожу и слизистые оболочки, не оставляя никаких следов.

Большинство ФОС сравнительно быстро разлагаются в щелочной среде, но могут длительно сохраняться в нейтральной и слабокислой средах (в кислой среде они могут сохраняться в течение нескольких месяцев). Гидролиз ФОС ускоряется при повышении температуры.

По степени токсичности по классификации пестицидов Л.И.Медведя и соавторов (1968) ФОС разделяются на 4 группы:

1. сильнодействующие (DL₅₀ < 50 мг/кг);

2. высокотоксичные (DL₅₀ - 50-200 мг/кг);

3. средней токсичности (DL₅₀ - 200-1000 мг/кг);

4. малой токсичности (DL₅₀ больше 1000 мг/кг).

В странах СНГ из группы сильнодействующих ФОС применяются метафос и октаметил. Среди высокотоксичных применяются метилмеркаптофос, фосфамид, бутифос, фатолофос, бензофосфат и некоторые другие. Наиболее широко применяются в СНГ ФОС средней токсичности (хлорофос, карбофос, метилнитрофос и др.).

При поступлении в организм ФОС нарушают функции нервной, мышечной, сердечно-сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта, органов зрения. Но определяет картину отравления прежде всего избирательное действие ФОС на все звенья нервной системы.

Сущность биохимического механизма вмешательства ФОС в функционирование нервной системы представляется следующим образом.

Самым важным свойством ФОС является их способность блокировать ключевой фермент ацетилхолинэстеразу (АХЭ), катализирующую расщепление ацетилхолина (АЦХ) в нервных синапсах. Для того чтобы происходила передача нервного импульса, количество выбрасываемого из синаптических пузырьков ацетилхолина должно быть строго определенным. Ацетилхолинэстераза не допускает избыточного количества ацетилхолина, мгновенно гидролизуя его на уксусную кислоту (ацетат) и спирт холин. ФОС, обладая химическим сродством к ацетилхолинэстеразе, вступают во взаимодействие с АХЭ. Эта взаимодействие длится не доли секунды, а продолжительное время. В результате дезорганизуется проведение нервного импульса: торможение разрушения АЦХ приводит к непрерывающемуся действию его на холинорецепторы и в итоге к нарушению функций многих структур и органов.

Молекулярный механизм событий следующий. На поверхности молекулы АХЭ имеются определенные участки (активные центры), отличающиеся особой реакционной способностью (сродством) по отношению к химически активным частям молекулы яда. Эти активные центры обеспечивают временную фиксацию ацетилхолинэстеразой молекул ацетилхолина и гидролиз ацетилхолина. Ингибирование АХЭ ядами ФОС осуществляется за счет взаимодействия ФОС с активными центрами, т.е. ФОС схожи с ацетилхолином, и в результате яды реагируют с ацетилхолинэстеразой, а АЦХ накапливается. Вследствие накопления АЦХ возникает расстройство передачи сигнала, что приводит к нарушению деятельности внутренних органов.

При воздействии ФОС на АХЭ образуется стойкий фермент-ингибиторный комплекс. Выключение ФОС холинэстеразы из цепи биохимических реакций влечет за собой накопление физиологического ацетилхолина. Увеличение содержания ацетилхолина ведет к нарушению передачи нервного импульса, что приводит к функциональным изменениям деятельности внутренних органов и систем. Этот биохимический механизм и лежит в основе проявления токсического действия этих ядов.

Торможение ФОС активности холинэстеразы можно рассматривать как типичный пример торможения структурными аналогами субстрата. В этих случаях токсическое вещество выступает в роли псевдосубстрата. Химическая близость яда с субстратом оказывается достаточной, чтобы яд занял место на поверхности фермента и образовал с ним прочную связь. Образовавшийся комплекс является стойким, связь яда с ферментом разрушается медленно, и фермент перестает функционировать.